第七章 微生物生態(tài)與生態(tài)工程課件

7微生物生態(tài)與生態(tài)工程第七章微生物生態(tài)與生態(tài)工程

在自然環(huán)境中許多不同種類(lèi)的微生物總是混合雜居。某一區(qū)域內(nèi)生長(zhǎng)的微生物種類(lèi)及其多樣性反映出這一自然環(huán)境的特點(diǎn)。把食品看成是微生物生長(zhǎng)的特殊環(huán)境，可以從生態(tài)學(xué)角度來(lái)討論微生物與食品環(huán)境之間相互作用的某些規(guī)律。7微生物生態(tài)與生態(tài)工程第一節(jié)生態(tài)學(xué)基本概念一.微生物生態(tài)學(xué)與生態(tài)系統(tǒng)⑴微生物生態(tài)學(xué)。微生物生態(tài)學(xué)(Microbialecology)是研究微生物與環(huán)境之間相互作用的科學(xué)，是生態(tài)學(xué)的一個(gè)分支。所謂環(huán)境是指生物賴(lài)以生存的空間，由非生物環(huán)境和生物環(huán)境兩大部分組成。非生物環(huán)境是除生物以外的環(huán)境，包括一系列物理、化學(xué)、生物因素所構(gòu)成。7微生物生態(tài)與生態(tài)工程第一節(jié)生態(tài)學(xué)基本概念如溫度、水分、光線及pH等，是生物生存的場(chǎng)所。生物環(huán)境是指來(lái)自研究對(duì)象以外的其他生物的作用和影響。如營(yíng)養(yǎng)競(jìng)爭(zhēng)、空間競(jìng)爭(zhēng)和互利共生等。⑵生態(tài)系統(tǒng)。生態(tài)系統(tǒng)(ecosystem)是指在一定區(qū)域內(nèi)生活的生物與其非生物環(huán)境之間相互緊密結(jié)合而形成的系統(tǒng)。在這個(gè)系統(tǒng)中，物質(zhì)、能量在生物與生物、生物與環(huán)境之間不斷循環(huán)流動(dòng)，7微生物生態(tài)與生態(tài)工程第一節(jié)生態(tài)學(xué)基本概念形成一個(gè)能夠自己維持下去的、相對(duì)穩(wěn)定的，并具有一定獨(dú)立性的統(tǒng)一整體。生態(tài)系統(tǒng)的范圍和大小可以相差懸殊。生物圈(Biosphere)構(gòu)成一個(gè)范圍最大的生態(tài)系統(tǒng)。它是地球表面全部生物以及與之相關(guān)的自然環(huán)境的總稱(chēng)，包括水生物圈(hydrosphere)、地上巖石生物圈(1ithosphere)、大氣生物圈(atmosphere)。7微生物生態(tài)與生態(tài)工程第一節(jié)生態(tài)學(xué)基本概念由于水土和大氣中只有出現(xiàn)生物后才能構(gòu)成生物圈。因此，生物圈的范圍大致可以說(shuō)是地球外殼34km厚度(即23km的高空加llkm深的海溝)。在這一范圍內(nèi)，生物與自然環(huán)境之間相互作用，相互滲透，進(jìn)行著巨大的生物地球化學(xué)變化。生物圈內(nèi)包含有許多大小不等的生態(tài)系統(tǒng)。7微生物生態(tài)與生態(tài)工程第一節(jié)生態(tài)學(xué)基本概念大的如綿綿數(shù)億平方米的森林生態(tài)系統(tǒng)，而小的可以是一個(gè)湖泊或是一口池塘。在水域生態(tài)系統(tǒng)(aquaticecosystem)如淡水湖中，微生物是生產(chǎn)者(producer)。在晴天時(shí)，表層水光線充足，藍(lán)細(xì)菌和綠藻利用陽(yáng)光和二氧化碳進(jìn)行光合作用產(chǎn)生碳水化合物。消費(fèi)者(consumer)如動(dòng)物和人則利用光合作用中產(chǎn)生的生物量作為食物。7微生物生態(tài)與生態(tài)工程第一節(jié)生態(tài)學(xué)基本概念當(dāng)他們死亡時(shí)，細(xì)菌和浮游生物等分解者(decomposer)將有機(jī)物分解為簡(jiǎn)單的組成單元，供給水生植物所需要的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。由此可見(jiàn)，生物就是這樣與環(huán)境結(jié)合在一起，彼此之間相互依賴(lài)，形成一個(gè)有組織的完整生態(tài)系(intergatedecosystem)。相對(duì)而言，微生物生態(tài)系統(tǒng)只不過(guò)是完整生態(tài)系統(tǒng)的一個(gè)組成部分，但對(duì)完整生態(tài)系統(tǒng)的功能有著不可忽視的重要影響。7微生物生態(tài)與生態(tài)工程二.種群和群落㈠種群。在自然環(huán)境中，同種微生物的許多個(gè)體(individual)常生活在同一生境中，以群體的方式存在。在一定時(shí)間里生活在同一生境的同一個(gè)體細(xì)胞生長(zhǎng)形成的生物群體，在生態(tài)學(xué)上稱(chēng)之為種群(population)，而把代謝上相關(guān)的群體組成的種群稱(chēng)之為共位群（guilds）。7微生物生態(tài)與生態(tài)工程二.種群和群落種群通常是由一個(gè)親代細(xì)胞經(jīng)過(guò)連續(xù)的有絲分裂而形成的相似個(gè)體所組成。一個(gè)種群通常生活在一定的范圍內(nèi)，并占據(jù)著一定空間。生態(tài)學(xué)上，把一個(gè)種群生活的環(huán)境稱(chēng)之為該種群的棲息地(hahitat)，或稱(chēng)之為生境。㈡群落。7微生物生態(tài)與生態(tài)工程二.種群和群落在自然界中，一個(gè)種群的細(xì)胞很少是單獨(dú)存在的，它們總是與其他種群細(xì)胞相聯(lián)系，構(gòu)成一個(gè)在生理上相互彌補(bǔ)的種群復(fù)合體，稱(chēng)之為群落(Commnunity)。三.微生物的微環(huán)境微生物的個(gè)體很小，所以它生活的環(huán)境也就十分微小，甚至肉眼看不見(jiàn)。因此，微生物生態(tài)學(xué)家稱(chēng)之為微環(huán)境(microenvironment)。7微生物生態(tài)與生態(tài)工程二.種群和群落

由于時(shí)間和空間的不同，微環(huán)境的物理化學(xué)條件也會(huì)發(fā)生很快的改變。因此說(shuō)，微環(huán)境本身也是非均質(zhì)的，而且在一個(gè)給定的微環(huán)境中，其條件變化很快。地球上存在無(wú)數(shù)的微生物微環(huán)境。正是因?yàn)槿绱?，我們今天才看得到微生物種的多樣性。四.環(huán)境梯度和耐受限度7微生物生態(tài)與生態(tài)工程二.種群和群落⑴環(huán)境梯度。植物生態(tài)學(xué)上，環(huán)境梯度(environmentalgradients)一詞是用來(lái)闡明生物種或生物群落沿著經(jīng)度或緯度或是從海平面到山頂?shù)姆植?。⑵耐受限度。微生物在一個(gè)環(huán)境中存活與生長(zhǎng)不但取決于營(yíng)養(yǎng)，而且與環(huán)境中各種物理化學(xué)因素如濕度、pH、糖度、鹽度、水分活度等有關(guān)。7微生物生態(tài)與生態(tài)工程二.種群和群落一般來(lái)講，一種微生物對(duì)某一因子的耐受范圍較寬，而對(duì)另一種因子的耐受范圍就可能較窄。但是，如果某一微生物對(duì)多種生態(tài)因子均有耐受性。那么，這一微生物常會(huì)分布廣泛，如霉菌的pH生長(zhǎng)極限在1.5～10之間，對(duì)水活度適合性強(qiáng)，故霉菌可在自然界中廣泛分布。7微生物生態(tài)與生態(tài)工程第二節(jié)食品作為特殊的微生物生態(tài)系

食品可以看成是一個(gè)特殊的微生物生態(tài)系。因?yàn)樽匀患庸さ氖称房偸谴嬖谥喾N微生物區(qū)系(microbialflora)。這些微生物與食品環(huán)境相互作用構(gòu)成了一個(gè)具有特定功能的生態(tài)系。例如，醬油釀造過(guò)程中，醬醅中有霉菌、酵母、細(xì)菌并各自組成群落，它們依附在以豆餅和小麥為原料的醬醅上生長(zhǎng)，7微生物生態(tài)與生態(tài)工程第二節(jié)食品作為特殊的微生物生態(tài)系與醬醅的水分、含鹽量、濕度、發(fā)酵容器的形狀和大小、保濕方式以及環(huán)境狀況等都有密切的關(guān)系，從而形成了一個(gè)人工生態(tài)系統(tǒng)。系統(tǒng)內(nèi)微生物與醬醅環(huán)境相互作用的結(jié)果，促進(jìn)了醬醅中物質(zhì)轉(zhuǎn)化及能量流動(dòng)，最終釀造出色味俱佳的醬油產(chǎn)品。由此可見(jiàn)，食品是一種特殊功能的生態(tài)系類(lèi)型。7微生物生態(tài)與生態(tài)工程一.食品生境的不均一性

食品是一個(gè)不均一的體系。這種不均一性是由于食品組織結(jié)構(gòu)和組成上的固有特性以及外部環(huán)境變化和微生物活動(dòng)的結(jié)果。如一塊五花肉，肥瘦區(qū)域分明，形成不同性質(zhì)的微環(huán)境。肥肉區(qū)允許脂肪分解菌生長(zhǎng)，而瘦肉區(qū)支持蛋白質(zhì)分解菌生長(zhǎng)。由此可見(jiàn)，不均一性直接影響著微生物種群的分布。7微生物生態(tài)與生態(tài)工程二.表面環(huán)境和生物膜⑴表面環(huán)境。表面作為微生物環(huán)境來(lái)說(shuō)十分重要。因?yàn)榄h(huán)境中的養(yǎng)料可以吸附到它的表面上，這樣一個(gè)表面的微環(huán)境的營(yíng)養(yǎng)水平要比溶液中的營(yíng)養(yǎng)水平高許多。這種情況勢(shì)必會(huì)影響微生物的代謝速度。由于吸附效應(yīng)，表面的微生物數(shù)量和活動(dòng)強(qiáng)度通常比在自由水中還要大很多。7微生物生態(tài)與生態(tài)工程二.表面環(huán)境和生物膜有一個(gè)小試驗(yàn)可以驗(yàn)證這一點(diǎn)：將一片載玻片浸在有微生物環(huán)境中，停留一段時(shí)間后取出，在顯微鏡下觀察，可能看到微生物發(fā)育成菌落。⑵生物膜。當(dāng)我們考查液態(tài)發(fā)酵中微生物生態(tài)環(huán)境時(shí)，表面環(huán)境是一個(gè)不可忽視的因素。因?yàn)槲⑸锖蜖I(yíng)養(yǎng)都通常被吸附在表面上，7微生物生態(tài)與生態(tài)工程二.表面環(huán)境和生物膜表面微生物利用營(yíng)養(yǎng)進(jìn)行生長(zhǎng)繁殖，逐步形成表面生物膜(Biofilm)。這個(gè)過(guò)程大致分為三個(gè)階段：第一階段是有機(jī)質(zhì)附著在表面，凡是與水接觸的物體表面都能很快地形成這一層。第二階段，開(kāi)始有細(xì)菌膜初步吸附在表面上，起先是醪液中正常游離的細(xì)菌群體，因物理和化學(xué)作用而暫時(shí)地附著于表面，7微生物生態(tài)與生態(tài)工程二.表面環(huán)境和生物膜運(yùn)動(dòng)著的細(xì)菌也可以因營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的引誘而朝著它作定向運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而附著在表面上。這時(shí)細(xì)菌只是以一端附著，使菌體與表面呈直角，因而附著往往不很牢固。這一階段大約需要幾個(gè)小時(shí)。第三階段，當(dāng)初步吸附在表面的細(xì)菌分泌出胞外聚合物時(shí)，就使細(xì)菌和表面黏在一起，形成較為牢固的吸附層，此即微生物表面膜。7微生物生態(tài)與生態(tài)工程二.表面環(huán)境和生物膜⑶納塔。氣—液界面上微生物的生長(zhǎng)過(guò)程還可以納塔(Nata)為例加以說(shuō)明。納塔是菲力賓的傳統(tǒng)發(fā)酵食品。它是以椰子水為原料，接種產(chǎn)纖維素醋酸菌(通常是木醋酸桿菌，Acetobacterxylinum)進(jìn)行靜置培養(yǎng)制成。培養(yǎng)過(guò)程中醋酸菌在液—?dú)饨缑嫔仙L(zhǎng)和繁殖形成一層膠狀纖維素膜，其中包含著醋酸菌菌體，這層膜就稱(chēng)之為納塔。7微生物生態(tài)與生態(tài)工程三.營(yíng)養(yǎng)物的供給狀況

生態(tài)學(xué)把營(yíng)養(yǎng)稱(chēng)之為資源(resource)。在自然情況下，營(yíng)養(yǎng)通常是以間歇方式進(jìn)入生態(tài)系統(tǒng)中的。微生物在食品中與在空氣和水中的環(huán)境迥然不同。因?yàn)槭称分泻胸S富的微生物所需營(yíng)養(yǎng)，微生物在食品環(huán)境中生長(zhǎng)，使食品的營(yíng)養(yǎng)物濃度和環(huán)境狀況發(fā)生了改變，結(jié)果反過(guò)來(lái)也會(huì)影響微生物本身，7微生物生態(tài)與生態(tài)工程三.營(yíng)養(yǎng)物的供給狀況導(dǎo)致食品中異源微生物種群生長(zhǎng)起伏。這種變化往往比微生物在空氣中、水中更為激烈和迅速，這是食品生態(tài)系統(tǒng)的特點(diǎn)之一。四.生物量和生長(zhǎng)速度⑴生物量。生物量的計(jì)算方法常以細(xì)胞數(shù)量為基礎(chǔ)。在實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)物中測(cè)得單個(gè)細(xì)菌細(xì)胞濕重為1.5×10-12g。7微生物生態(tài)與生態(tài)工程三.營(yíng)養(yǎng)物的供給狀況如果某種干曲(如酒曲)中每克含109個(gè)細(xì)菌細(xì)胞來(lái)計(jì)算，那么每克干曲料中細(xì)胞濕重為1.5×10-3g。由此推算，每噸干曲料中細(xì)菌生物量約為15kg(濕重)，折合干重為300g，即細(xì)菌生物量約占曲料重量的萬(wàn)分之三。又如1m長(zhǎng)的真菌菌絲濕重約9.4×10-5g。如果每克干曲料含5m真菌菌絲計(jì)，則每克曲料含真菌菌絲約4.7×10-4g(濕重)。7微生物生態(tài)與生態(tài)工程三.營(yíng)養(yǎng)物的供給狀況這些數(shù)字在各種曲料中或有出入，但可以作為參考。⑵生長(zhǎng)速度。實(shí)驗(yàn)室微生物純培養(yǎng)中細(xì)胞指數(shù)生長(zhǎng)的情形在自然界是極其罕見(jiàn)的。自然界微生物生長(zhǎng)通常只出現(xiàn)在很短時(shí)間內(nèi)，與營(yíng)養(yǎng)的可利用性緊密相連。食品環(huán)境中微生物生長(zhǎng)也是如此。7微生物生態(tài)與生態(tài)工程三.營(yíng)養(yǎng)物的供給狀況因?yàn)槭称分械臓I(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和物理化學(xué)條件也不可能同時(shí)適合所有微生物的生長(zhǎng)和繁殖。微生物在自然環(huán)境中(包括食品)的生長(zhǎng)速度一般都低于實(shí)驗(yàn)室中測(cè)得的最大生長(zhǎng)速度，兩者可以相差幾十倍，或甚至是上百倍。7微生物生態(tài)與生態(tài)工程五.種群關(guān)系和群落演替⑴種群關(guān)系。自然環(huán)境中，微生物種群總是和其他生物種群混合雜居的?？梢灶A(yù)料，共存于同一生境中的兩種生物必定存在著多種相互關(guān)系。這些關(guān)系根據(jù)對(duì)各自的利害影響可歸納成8種類(lèi)型。盡管微生物種群間的關(guān)系十分復(fù)雜多樣，但從利害關(guān)系上看，不外乎有兩類(lèi)，即協(xié)作關(guān)系和敵對(duì)關(guān)系。7微生物生態(tài)與生態(tài)工程五.種群關(guān)系和群落演替

偏利、互利、共生都屬于協(xié)作關(guān)系，偏害、競(jìng)爭(zhēng)、寄生及捕食則屬于敵對(duì)關(guān)系。食品腐敗和釀造通常是多種微生物相互作用的結(jié)果，其中的關(guān)系也同樣復(fù)雜。①偏利關(guān)系。偏利一詞源于拉丁語(yǔ)的“飯桌”(mensa)，意為同桌共餐者。特指同一個(gè)飯桌用餐，一方靠另一方吃剩的殘羹剩飯為生。7微生物生態(tài)與生態(tài)工程五.種群關(guān)系和群落演替在生態(tài)學(xué)上，偏利關(guān)系用來(lái)描述生活在同一生態(tài)系統(tǒng)中的兩種生物，一方的生命活動(dòng)明顯對(duì)另一方有益。食品中常見(jiàn)的偏利關(guān)系有兩種：一種是在營(yíng)養(yǎng)提供上的偏利關(guān)系，如曲酒生產(chǎn)中，根霉或曲霉分解淀粉生成可發(fā)酵性糖。②互生關(guān)系。7微生物生態(tài)與生態(tài)工程五.種群關(guān)系和群落演替這種關(guān)系是指兩種生物生活在同一場(chǎng)所(生境)，對(duì)雙方的生命活動(dòng)都有利。它們分開(kāi)時(shí)雖然也可單獨(dú)生活，但還是生活在一起時(shí)更有利。它可以理解為一種松散或原始的共生關(guān)系，稱(chēng)之為原始協(xié)作(protocooperation)。如酸奶中發(fā)酵劑中保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌的協(xié)作關(guān)系。7微生物生態(tài)與生態(tài)工程五.種群關(guān)系和群落演替③頡頏或偏害關(guān)系。偏害關(guān)系指一方受害或生長(zhǎng)受抑制，另一方則不受影響的關(guān)系。如在乳酸發(fā)酵中，乳酸細(xì)菌的生命活動(dòng)產(chǎn)生大量乳酸，阻礙了腐敗細(xì)菌的生長(zhǎng)。⑵群落演替。7微生物生態(tài)與生態(tài)工程五.種群關(guān)系和群落演替

在一個(gè)生態(tài)區(qū)域中，原有的微生物群落經(jīng)過(guò)一般的發(fā)展時(shí)期后，由于某種內(nèi)外環(huán)境因素改變，原有的微生物群落被另一種新的生物群落所取代。稱(chēng)之為群落演替(Communitysuccession)或生態(tài)演替(ecologicalsuccession)。7微生物生態(tài)與生態(tài)工程第三節(jié)食品環(huán)境中的極端微生物

自然界中，一些在以前被人們認(rèn)為是生命禁區(qū)的高溫、低溫、高酸、高堿、高鹽、高壓或高輻射強(qiáng)度等極端惡劣環(huán)境中仍然生活著微生物，如嗜熱菌(thermophiles)、嗜冷菌(psychrophiles)、嗜酸菌(acidophiles)、嗜堿菌(basophiles)、嗜鹽菌(halophiles)、嗜壓菌(barophiles)和耐輻射等。7微生物生態(tài)與生態(tài)工程一.嗜鹽微生物

嗜鹽菌和耐熱菌嗜鹽菌和耐鹽菌在概念上是有所不同的。耐鹽菌是指那些能耐受一定濃度的鹽溶液，但在無(wú)鹽存在條件生長(zhǎng)得最好的菌類(lèi)，如金黃色葡萄球菌。嗜鹽菌專(zhuān)指那些一定濃度的鹽為菌體生長(zhǎng)所必需，且只有在一定濃度的鹽溶液中才生長(zhǎng)最好的菌類(lèi)。后者依嗜鹽濃度不同，7微生物生態(tài)與生態(tài)工程一.嗜鹽微生物可又分為輕度嗜鹽菌(最適鹽濃度為0.2～0.5mol/L)，中度嗜鹽菌(最適鹽濃度0.5～2.0mol／L)和極端嗜鹽菌(最適鹽濃度>3mol／L)，其中部分極端嗜鹽菌是為嗜鹽古細(xì)菌。⑴高鹽環(huán)境。高鹽環(huán)境總是遍及世界，主要是鹽湖，如青海湖(中國(guó))、大鹽湖(美國(guó))、死海(黎巴嫩)和里海(俄羅斯)。7微生物生態(tài)與生態(tài)工程一.嗜鹽微生物此外，還有鹽場(chǎng)、鹽礦。這些高鹽環(huán)境看上去條件嚴(yán)酷，但仍能成為一個(gè)高產(chǎn)生態(tài)系統(tǒng)。嗜鹽菌也常出現(xiàn)在高鹽食物中，如腌魚(yú)、海魚(yú)和咸肉。這些嗜鹽菌生長(zhǎng)，除了不太美觀以外，還可能帶來(lái)一些不良后果，甚至是嚴(yán)重后果。已報(bào)能在咸魚(yú)中生長(zhǎng)的嗜鹽菌有鹽沼鹽桿菌(H.salinarum)、鱘魚(yú)鹽球菌(H.morrhuae)。7微生物生態(tài)與生態(tài)工程一.嗜鹽微生物近年來(lái)，我國(guó)陸續(xù)從進(jìn)口咸魚(yú)中，海魚(yú)中分離出嗜鹽性弧菌。有關(guān)咸魚(yú)中毒事件也時(shí)有發(fā)生。⑵嗜鹽機(jī)制。嗜鹽菌的嗜鹽機(jī)制仍在不斷探索研究之中。鹽生鹽桿菌是這一類(lèi)群研究最為透徹的種。一般認(rèn)為，嗜鹽桿菌細(xì)胞壁是靠鈉離子來(lái)穩(wěn)定的，在低鈉環(huán)境中細(xì)胞壁會(huì)破碎并使細(xì)胞裂解。7微生物生態(tài)與生態(tài)工程一.嗜鹽微生物這是因?yàn)槭塞}桿菌的細(xì)胞壁不含有一般細(xì)菌所含的肽聚糖，而是以糖蛋白替代肽聚糖。⑶應(yīng)用前景。嗜鹽細(xì)菌具有許多特殊生理特性，其中紫膜引人注目。7微生物生態(tài)與生態(tài)工程二.嗜熱微生物⑴嗜熱菌和超嗜熱菌。細(xì)菌是嗜熱微生物中最耐熱的。按它們最適生長(zhǎng)溫度不同又可以分為嗜熱菌和超嗜熱菌(hyperthermophile)。嗜熱菌的最適生長(zhǎng)溫度65～70℃，40℃以下不能生長(zhǎng)。超嗜熱菌又稱(chēng)之為嗜高溫菌，其最適生長(zhǎng)溫在80～110℃，最低生長(zhǎng)溫度在55℃左右。大部分超嗜熱菌是古生菌，但也有真細(xì)菌歸屬此類(lèi)。7微生物生態(tài)與生態(tài)工程二.嗜熱微生物⑵高溫環(huán)境。嗜熱微生物生長(zhǎng)的環(huán)境有熱泉(溫度可達(dá)100℃)、草堆、廄肥、煤堆、地?zé)釁^(qū)土壤及海底火山附近等處。⑶嗜熱的分子機(jī)制。嗜熱微生物對(duì)高溫的適應(yīng)機(jī)制主要表現(xiàn)在細(xì)胞膜上脂肪酸的成分、耐高溫酶和生物大分子的熱穩(wěn)定性上。7微生物生態(tài)與生態(tài)工程二.嗜熱微生物⑷應(yīng)用前景。嗜熱細(xì)菌在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用潛力在于：①在基因工程中，它可為基因工程菌的建立提供特異性基因。②在發(fā)酵工業(yè)中，可以利用其耐高溫特性，提高反應(yīng)溫度，增大反應(yīng)速度，減少中溫雜菌污7微生物生態(tài)與生態(tài)工程二.嗜熱微生物染的機(jī)會(huì)，而且發(fā)酵過(guò)程不需冷卻，可省去深井水的消耗。③嗜熱菌對(duì)某些礦物有特殊的侵溶能力，對(duì)某些金屬具有較強(qiáng)的耐受能力。利用這類(lèi)微生物，為礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)提供了有希望的前景。7微生物生態(tài)與生態(tài)工程三.嗜冷微生物⑴耐冷菌和嗜冷菌。冷適應(yīng)微生物可根據(jù)其生長(zhǎng)溫度特性分為兩類(lèi)：一類(lèi)是必須生活在低溫條件下且最高生長(zhǎng)溫度不超過(guò)20℃，最適生長(zhǎng)溫度在15℃，在O℃可生長(zhǎng)繁殖的微生物稱(chēng)之為嗜冷菌(psychrophiles)；另一類(lèi)其最高生長(zhǎng)溫度高于20℃，最適溫度高于15℃，在0～5℃司生長(zhǎng)繁殖的微生物稱(chēng)之為耐冷菌(psychrotrophs)。7微生物生態(tài)與生態(tài)工程三.嗜冷微生物⑵冷環(huán)境(生態(tài)分布)。嗜冷菌分布于極地、冰窯、高山、深海、冷凍土壤等區(qū)域。從這些生境中分離的主要嗜冷微生物有針絲藻和微單胞菌等。⑶嗜冷的分子機(jī)制。冷適應(yīng)微生物在長(zhǎng)期進(jìn)化過(guò)程中形成了一系列適應(yīng)低溫的機(jī)制。這些機(jī)制包括營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)、DNA復(fù)制、蛋白質(zhì)合成、各種代謝的正常進(jìn)行等。7微生物生態(tài)與生態(tài)工程三.嗜冷微生物⑷應(yīng)用前景。但它們能在低溫條件下即可對(duì)污染物進(jìn)行降解和轉(zhuǎn)化的特性，使其在工業(yè)和日常生活中具有許多潛在的應(yīng)用價(jià)值。四.耐輻射微生物⑴耐輻射微生物。與上述幾類(lèi)不同，耐輻射微生物只是對(duì)高輻射環(huán)境更具耐受性(tolerane)，而不是對(duì)輻射有特別“嗜好”。7微生物生態(tài)與生態(tài)工程三.嗜冷微生物總的來(lái)說(shuō)革蘭氏陽(yáng)性的耐輻射性比革蘭氏陽(yáng)性菌強(qiáng)得多；芽孢菌的耐輻射力遠(yuǎn)大無(wú)芽孢菌。⑵高輻射環(huán)境。1956年美國(guó)的Anderson教授首次在俄勒岡經(jīng)大劑量輻射滅菌的肉罐頭中分離出耐輻射奇異球菌。此后，又從以殺菌為目的進(jìn)行輻射處理的食品、醫(yī)療器械或飼料等樣品中，分離出各種耐輻射細(xì)菌7微生物生態(tài)與生態(tài)工程三.嗜冷微生物⑶耐輻射的可能機(jī)制。對(duì)耐輻射菌的耐性機(jī)理目前尚不清楚。但已觀察到此類(lèi)細(xì)菌特征可能與其耐輻射性有關(guān)：①所有耐輻射菌均有高色素形成能力，其中含有各種類(lèi)胡蘿卜素，這可能與耐輻射性有某種聯(lián)系；②細(xì)胞壁堅(jiān)固、細(xì)胞膜脂質(zhì)成分獨(dú)特；③近年來(lái)研究發(fā)現(xiàn)，耐輻射菌具有快速有效的DNA準(zhǔn)確修復(fù)系統(tǒng)，7微生物生態(tài)與生態(tài)工程三.嗜冷微生物這種對(duì)輻射損傷的酶修復(fù)功能很可能是其耐輻射性的根本原因。⑷應(yīng)用前景。研究耐輻射菌DNA損傷與修復(fù)系統(tǒng)具有非常重要的價(jià)值。它可能為解決日益嚴(yán)重因輻射過(guò)量所致疾病的治療提供新的線索。另一方面，輻射滅菌已被確定為一種理想的冷殺菌方式，而耐輻射菌是輻射保藏食品腐敗的主要原因。7微生物生態(tài)與生態(tài)工程第四節(jié)人體微生物區(qū)系一.人的正常菌群菌群大多數(shù)對(duì)人體健康來(lái)說(shuō)是有益的，有時(shí)還是必須的，這些微生物統(tǒng)稱(chēng)為正常菌群(Normalflora)。二.皮膚環(huán)境和菌群皮膚為細(xì)菌定居提供一個(gè)大而易于到達(dá)的區(qū)域。由于它的表面積較大(約2m2)，皮膚細(xì)菌的總數(shù)還是可觀的，大約每人有1012個(gè)。7微生物生態(tài)與生態(tài)工程第四節(jié)人體微生物區(qū)系三.口腔環(huán)境和菌群主要的口腔棲息地是頰黏膜、舌、齦縫和牙齒。每一處又有一些小棲息地。四.呼吸道環(huán)境和菌群除正常無(wú)菌的支氣管和細(xì)支氣管之外，呼吸道的其他部位，即前鼻孔、鼻咽和口咽，都具有特征性的微生物區(qū)系。7微生物生態(tài)與生態(tài)工程第四節(jié)人體微生物區(qū)系呼吸道影響正常微生物區(qū)系建立的主要特點(diǎn)是有一個(gè)有效的微粒和微生物排除系統(tǒng)，它由兩方面組成：①移除大微粒的前鼻孔鼻毛；②被覆黏蛋白的纖毛上皮細(xì)胞，在這里細(xì)菌被捕獲，通過(guò)纖毛運(yùn)動(dòng)被帶到咽后部并被吞咽。⑴前鼻孔。襯于這一部位的上皮細(xì)胞與皮膚類(lèi)似，因此它的正常微生物區(qū)系通常由在皮膚上發(fā)現(xiàn)的微生物所組成就不奇怪了，7微生物生態(tài)與生態(tài)工程第四節(jié)人體微生物區(qū)系

這些細(xì)菌有表皮葡萄球菌和棒狀桿菌。金黃色葡萄球菌可能占這一菌群的85％。⑵鼻咽。鼻咽具有較前鼻孔更為復(fù)雜的微生物區(qū)系。在葡萄球菌和棒狀桿菌之外，還存在多種革蘭氏陰性菌種，包括流感嗜血菌、黏膜炎莫拉菌和奈瑟球菌。⑶口咽。7微生物生態(tài)與生態(tài)工程第四節(jié)人體微生物區(qū)系微生物區(qū)系的最顯著特征是鏈球菌屬占優(yōu)勢(shì)，這是一組革蘭氏陽(yáng)性的、兼性厭氧，排成鏈形的革蘭氏陽(yáng)性球菌。⑷下呼吸道。由于纖毛上皮細(xì)胞有效地排除微生物，下呼吸道通常是無(wú)菌的。能夠到達(dá)肺泡的微生物常被有吞噬作用的巨噬細(xì)菌破壞。7微生物生態(tài)與生態(tài)工程第四節(jié)人體微生物區(qū)系五.胃腸道環(huán)境和菌群人的胃腸道是食物消化的地方，由胃、小腸和大腸組成。胃液的pH很低，大約為pH2，因此可以把胃看做微生物的阻礙器，它可以阻止外來(lái)細(xì)菌進(jìn)入腸道。一般情況下，雖然胃內(nèi)容物含的細(xì)菌數(shù)較低，但胃壁經(jīng)常含有大量的微生物菌落，這些菌落主要是耐酸的乳酸菌和鏈球菌。7微生物生態(tài)與生態(tài)工程第五節(jié)生態(tài)工程原理與應(yīng)用

微生物生態(tài)學(xué)是研究微生物與環(huán)境之間相互關(guān)系及其作用機(jī)理的科學(xué)。一.生態(tài)工程的概念生態(tài)工程(EcologicalEngineering)就是應(yīng)用生態(tài)學(xué)原理，在有人工輔助能量和物質(zhì)的參與下，以生物為其基本組分的生產(chǎn)工藝系統(tǒng)。⑴物質(zhì)量的多層次利用。7微生物生態(tài)與生態(tài)工程第五節(jié)生態(tài)工程原理與應(yīng)用利用秸稈生產(chǎn)食用菌和蚯蚓的生態(tài)工程設(shè)計(jì)：秸稈還田是保持土壤有機(jī)質(zhì)的有效措施。秸稈不經(jīng)處理直接返回土壤，必須經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的發(fā)酵分解，方能發(fā)揮肥效。⑵物質(zhì)轉(zhuǎn)化與再生。食物鏈?zhǔn)巧鷳B(tài)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)。通過(guò)初級(jí)生產(chǎn)、次級(jí)生產(chǎn)，加工、分解等安全